📅 Data publikacji: 02.07.2025
W laboratoriach Zakładu Mechaniki Precyzyjnej Politechniki Warszawskiej, wczesną wiosną 2023 roku, rozpoczęto przełomowe prace nad drukiem wieloosiowym. Dotychczasowe drukarki 3D operowały w trzech osiach prostokątnych (X, Y, Z), co wymagało częstego stosowania podpór przy skomplikowanych wypustkach i nadwieszeniach. Zespół pod kierunkiem dr. inż. Michała Kowalskiego postawił na rozszerzenie przestrzeni roboczej o dodatkowe osie obrotu (A, B, C), co pozwalało na swobodne obracanie elementu bez konieczności demontażu i ponownego pozycjonowania. 🛠️
Pierwszym etapem było zaprojektowanie hybrydowej konstrukcji maszyny: sztywnej ramy z aluminium lotniczego, wbudowanych serwomotorów z enkoderami absolutnymi i przełożeniem planetarnym oraz obrotowych stołów nurkujących, które umożliwiały rotację detalu wokół osi A i B z dokładnością do 0,001°. Każda oś wyposażona była w czujniki temperatury i drgań, przekazujące dane do systemu sterowania CNC, opartego na otwartej architekturze LinuxCNC. 🔬
Równolegle opracowano nowatorskie oprogramowanie CAM, które automatycznie generowało trajektorie dla pięciu lub sześciu stopni swobody. Algorytmy optymalizowały ruch głowicy i obrót stołu, minimalizując czas nieproduktywny – co w tradycyjnym druku 3D stanowiło nawet do 30% cyklu. Inżynierowie dodali moduł symulacji kolizji w wirtualnym środowisku, dzięki czemu można było uniknąć ryzyka zderzeń głowicy z gotowym detalem, a także zoptymalizować nachylenie warstwy pod kątem warunków druku i zachowania geometrii. 💻
Aby zweryfikować rozwiązanie, wydrukowano prototypy komponentów lotniczych: uchwyty do przewodów hydraulicznych o złożonych, organicznych kształtach oraz kolektory paliwowe z rewizjami. Druk odbywał się z proszków tytanu Ti-6Al-4V w technologii DED (Directed Energy Deposition) przy użyciu wiązki laserowej o mocy 1 kW i strumienia drutu o średnicy 1,2 mm. Każda warstwa nakładana była przy kącie nachylenia obracającego stół o 45°, co pozwalało na pokrycie trudnych powierzchni bez konieczności stosowania podpór. 🎯
W drugiej połowie 2023 roku technologię wieloosiową poddały ewaluacji kluczowe branże. W Volkswagen Group w Poznaniu przeprowadzono pilotaż druku 5-osiowego elementów układu wydechowego. Z uwagi na trudny dostęp do kanałów przepływu spalin, tradycyjny zestaw podpór utrudniał obróbkę i krzyżował laser przy wykańczaniu. Dzięki możliwości drukowania pod kątem nawet 60° względem powierzchni podstawowej, udało się wyeliminować 90% podpór, skracając czas post-processingu o 40%. Rezultatem były rury o maksymalnej gładkości wewnętrznej i wytrzymałości na temperaturę ponad 800 °C. 🚗
Równocześnie w Szpitalu Uniwersyteckim we Wrocławiu wdrożono druk wieloosiowy do produkcji implantów ortopedycznych. Zespół biomechaników i chirurgów nakładał warstwy z bioaktywnych stopów tytanu, drukując łąkotki o skomplikowanych krzywiznach zgodnych z anatomią poszczególnych pacjentów. Oprogramowanie CAM generowało trajektorie tak, by unikać przecinania warstw o różnych gęstościach, co w efekcie dawało porowatą strukturę wewnętrzną sprzyjającą integracji z tkanką kostną. Po operacjach pacjenci zaczęli odzyskiwać sprawność przeciętnie o 25% szybciej niż w przypadku konwencjonalnych protez. 🦾
W sektorze precicion engineering, firma ProtoFab w Gdańsku wykorzystała 6-osiowy system do drukowania form wtryskowych o bardzo precyzyjnych kanałach chłodzących. Tradycyjne metody frezowania nie pozwalały na wykonanie geometrycznie skomplikowanych ścieżek cieczy chłodzącej, co ograniczało jakość masowo wtryskiwanych detali. Druk DMLS (Direct Metal Laser Sintering) umożliwił stworzenie chłodnic w kształcie fractal channels, skracając czas cyklu formowania o 15% i poprawiając jakość powierzchni o 20 Ra. 🛠️
Aby zapewnić powtarzalność, zespół ProtoFab opracował procedury kalibracyjne: testy sondą Renishaw, mapowanie błędów układu kinetycznego i korekcję modelu kinematycznego drukarki. Dzięki temu odchyłki poniżej 0,02 mm stały się standardem, co otworzyło drzwi do produkcji narzędzi pomiarowych oraz form do przemysłu mikroelektroniki. 🎯
W 2024 roku firmy 3D Lab Polska i RoboPrint zapowiedziały komercjalizację pierwszych w Europie wieloosiowych roboprinterów mobilnych. To systemy montowane na ramionach robotów przemysłowych, które mogą drukować elementy o długości do 3 m bezpośrednio na stanowisku montażowym. W kombinacji z autonomicznym transportem AGV (Automated Guided Vehicle) tworzy to zintegrowany ciąg produkcyjny: roboprinter druku 5-osiowego nakłada warstwy, następnie AGV przemieszcza detal do stacji kontroli jakości lub obróbki wykańczającej. 🚚
Kolejnym krokiem są algorytmy sztucznej inteligencji analizujące w czasie rzeczywistym jakość druku przy pomocy kamer line-scan i czujników VIS/NIR. Wykrycie odchyłki w geometrii lub wad materiałowych skutkuje automatyczną korektą parametrów: modyfikacją prędkości przesuwu głowicy, mocy lasera czy kąta nachylenia warstwy. Taka adaptacyjna kontrola pozwala osiągać jakość lotniczą (AS9100) bez ingerencji operatora. 🤖
Globalne perspektywy technologii wieloosiowej są olbrzymie: od drukowania struktur satelitarnych na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, po wytwarzanie precyzyjnych narzędzi jubilerskich i prototypów biomedycznych. Dzięki integracji druku wieloosiowego z chmurą obliczeniową i IoT, przyszłość przyniesie w pełni zautomatyzowane, inteligentne fabryki addytywne, zdolne do tworzenia najtrudniejszych brył geometrycznych z minimalnym czasem i materiałem. 🌍✨